专利名称：投影式显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及通过将由光阀调制后的光束投影到屏幕来显示图像的投影式显示装置。
背景技术：
一般地，当为了实现光学系统的低成本化和小型化而减少光学系统的部件数量或限制非球面透镜的使用时，光学系统的像差增大，屏幕的图像显示面上的照度不均或颜色不均增大。这里，照度不均是表示针对任意平面上的二维表现的位置的、照度高低的分布 (照度不均匀的分布)，颜色不均是表示针对任意平面上的二维表现的位置的、颜色变化的分布(色度不均匀的分布)。
并且，近年来，伴随光阀的高分辨率化和小型化，正在朝像素的窄间距化方向发展。在数字微镜器件(DMD :注册商标)这样的由周期构造来反射光的光阀中，除了正反射光以外，还产生衍射光。像素间距越小，衍射光的衍射角度间距越大。因此，像素间距越小，较大次数的衍射光越无法入射到投影光学系统，能够用于图像投影的衍射光的光量越少。进而，由于光学系统的结构和光学系统的像差的影响，当光阀的图像形成区域(被照明区域) 内的入射光的光量之差或入射角度之差增大时，投影光学系统的入射面内的衍射光的光量之差增大，从而屏幕的图像显示面上的照度不均或颜色不均增加。
另一方面，在家庭影院用的投影式显示装置中，由于要求高对比度化，因此，大多采用增大光学系统的F数(FNO)以使光学系统小口径化的结构、以及在光学系统的光路中设置光圈来进行光量调整的结构。当使光学系统小口径化时，入射到光学系统的衍射光的光量减少，因此，由于光学系统的像差的影响或光阀的窄间距化的影响而产生的屏幕的图像显示面上的照度不均或颜色不均的影响容易增加。
为了抑制屏幕的图像显示面上的照度不均或颜色不均，提出了采用如下光圈的装置，该光圈具有包围被分离成多个颜色成分的各光线的光束范围的形状的开口(例如参照专利文献I)。
现有技术文献
专利文献
专利文献I :日本特开2007-233003号公报(例如段落0029)发明内容
发明要解决的课题
但是，为了减少由于在光学系统中产生的像差的影响或光阀的窄间距化而产生的屏幕的图像显示面上的照度不均或颜色不均，需要对入射到光阀的图像形成区域的光束的照度分布进行校正。因此，在采用具有包围被分离成多个颜色成分的各光线的光束范围的形状的开口的光圈的现有装置中，无法适当减少屏幕的图像显示面上的照度不均或颜色不均。
因此，本发明正是为了解决上述现有技术的课题而完成的，其目的在于，提供能够适当校正屏幕的图像显示面上的照度分布的投影式显示装置。
用于解决课题的手段
本发明的投影式显示装置的特征在于，该投影式显示装置具有光源，其射出光束；光阀，其具有根据输入图像信息形成图像的图像形成区域；照明光学系统，其对所述图像形成区域照射所述光束；以及投影光学系统，其将由所述图像形成区域中形成的所述图像调制后的所述光束投影到屏幕的图像显示面上，所述照明光学系统包含光强度均匀化元件，其对从所述光源射出的所述光束的强度分布进行均匀化；第I光学系统，其将由所述光强度均匀化元件进行均匀化后的所述光束引导到所述图像形成区域；以及开口规定部件，其设置在所述第I光学系统内的所述光束的传播路径上，具有遮挡所述光束的遮光部和使所述光束通过的开口部，所述开口规定部件配置在与所述屏幕在光学上并非共轭关系的位置，并且，具有开口扩张部和开口缩小部中的至少一方，使用对所述图像形成区域或所述屏幕的图像显示面进行分割而得到的多个分割区域中的相对照度的实测值或计算值，该开口扩张部设置在与所述多个分割区域内的所述相对照度较低的分割区域对应的位置，是缩窄所述遮光部并扩大所述开口部的切口区域，该开口缩小部设置在与所述多个分割区域内的所述相对照度较高的分割区域对应的位置，是扩大所述遮光部并缩窄所述开口部的突出部。
发明效果
根据本发明的投影式显示装置，能够通过简单的结构对屏幕的图像显示面上的照度分布进行校正。
图I是概略地示出本发明的实施方式I 3的投影式显示装置的光学系统的结构的结构图。
图2是示出实施方式I 3的照明光学系统的光圈位置的示意图。
图3的(a)和(b)是概略地示出实施方式I 3的DMD元件的微镜组的一部分的正面图和说明衍射光的不意图。
图4是实施方式I 3的DMD元件上的衍射光的衍射角度间距的说明图。
图5是示出实施方式I 3的针对投影光学系统的入射光束的一例的示意图。
图6是示出实施方式I 3的DMD元件的衍射角度的计算例的图。
图7是示出实施方式I 3的DMD元件的衍射光的示意图。
图8是示出实施方式I 3的屏幕的图像显示面的分割区域的例子的说明图。
图9是示出比较例的开口规定部件的形状的正面图。
图10是示出使用比较例的开口规定部件时的屏幕的图像显示面上的明亮度的特性的说明图。
图11是示出实施方式I的开口规定部件的形状的正面图。
图12是示出实施方式I的屏幕的图像显示面上的明亮度的特性的说明图。
图13是示出实施方式2的开口规定部件的形状的正面图。
图14是示出实施方式2的屏幕的图像显示面上的明亮度的特性的说明图。
图15是示意地示出实施方式3的开口规定部件的形状的正面图。
图16是示出实施方式3的屏幕的图像显示面上的明亮度的特性的说明图。
具体实施方式
实施方式I
图I是概略地示出本发明的实施方式I的投影式显示装置的光学系统的结构的结构图。如图I所示，实施方式I的投影式显示装置具有作为光源的光源灯1，其射出光束 (图中虚线所示)；作为光阀的DMD元件2，其具有根据输入图像信息形成图像的图像形成区域(被照明面)2a ;照明光学系统4，其对DMD元件2的图像形成区域2a照射从光源灯I射出的光束；以及投影光学系统3，其放大由DMD元件2的图像形成区域2a中形成的图像进行调制后的光束，并投影到屏幕5上。
光源灯I例如具有射出白色光的发光体I la、以及在该发光体I Ia的周围设置的椭圆面镜lib。椭圆面镜Ilb对从与椭圆的第I中心对应的第I焦点射出的光束进行反射，使其会聚到与椭圆的第2中心对应的第2焦点。发光体Ila配置在椭圆面镜Ilb的第I焦点附近，从该发光体Ila射出的光束会聚在椭圆面镜Ilb的第2焦点附近。也可以使用抛物面镜以代替椭圆面镜lib。该情况下，通过抛物面镜使从发光体Ila射出的光束大致平行后， 通过聚光透镜(未图示)进行会聚即可。并且，也可以使用抛物面镜以外的凹面镜以代替椭圆面镜lib。
照明光学系统4具有光强度均匀化元件41，其对从光源灯I射出的光束的强度分布(即，与光束的行进方向垂直的面内的光强度分布)进行均匀化；第I光学系统，其将由光强度均匀化元件41进行均匀化后的光束引导到DMD元件2的图像形成区域2a ;以及开口规定部件6或61，其设置在传播由光强度均匀化元件41进行均匀化后的光束的传播路径上。开口规定部件6或61具有遮断该光束的遮光部和使光束通过的开口部。第I光学系统具有包含透镜42a、42b的作为第2光学系统的中继透镜组42、以及包含第I反射镜43a 和第2反射镜43b的作为第3光学系统的反射镜组43。在图I中，中继透镜组42由透镜 42a、42b这2个透镜构成，但是，透镜的个数不限于2个。同样，反射镜组43也不限于2个。 通过中继透镜组42和反射镜组43，将从光强度均匀化元件41射出的光束引导到DMD元件 2的图像形成区域2a。
光强度均匀化元件41具有对光源灯I射出的光束的光强度进行均匀化的功能。 即，通过该对光强度进行均匀化的功能，照度不均降低。一般地，作为光强度均匀化元件41， 可举出由玻璃或树脂等透明材料制作且侧壁的内侧构成为全反射面的多棱柱状的杆。多棱柱状的杆是截面形状为多边形的柱状部件。并且，作为光强度均匀化元件41，可举出将反射镜状的部件的光反射面作为内侧并组合为筒状而形成的截面形状为多边形的管(管状部件)。多棱柱状的杆的光强度均匀化元件41利用透明材料与空气界面的全反射作用，使光多次反射后从出射面(出射端)出射光。多边形的管的光强度均匀化元件41利用朝向内侧的镜(例如表面镜)的反射作用，使光多次反射后从出射面出射光。
关于光强度均匀化元件41，如果在光束的行进方向上确保适当长度，则在内部多次反射后的光重叠照射到光强度均匀化元件41的出射面41b的附近。因此，在光强度均匀化元件41的出射面41b附近，得到大致均匀的强度分布。来自具有该大致均匀的强度分布的出射面4Ib的光通过中继透镜组42和反射镜组43引导到DMD元件2，对DMD元件2的图像形成区域2a进行照明。
开口规定部件6或61配置在与屏幕5在光学上并非共轭关系的位置。开口规定部件6或61具有开口扩张部(例如后述图11的标号61b)和开口缩小部(例如后述图15的标号63d)中的至少一方，使用对屏幕5的图像显示面进行分割而得到的多个分割区域(后述图8的标号101 109)中的相对照度的实测值或计算值，该开口扩张部设置在与多个分割区域内的相对照度较低的分割区域对应的位置，是缩窄遮光部并放大开口部的切口区域， 该开口缩小部设置在与多个分割区域内的所述相对照度较高的分割区域对应的位置，是扩大遮光部并缩窄开口部的突出部。另外，也可以使用对光阀的图像形成区域进行分割而得到的多个分割区域中的相对照度的实测值或计算值，以代替使用对屏幕5的图像显示面进行分割而得到的多个分割区域(后述图8的标号101 109)中的相对照度的实测值或计算值。
并且，开口规定部件6或61优选配置在与投影光学系统3的光束入射侧的投影光学系统开口部共轭的位置或共轭的位置附近。这是因为，该共轭位置上的光束直径最小，因此，容易使开口规定部件6或61小型。
图2是概念地示出照明光学系统4的作用的示意图。在图2中，示意地示出中继透镜组42和反射镜组43，因此，分别图示成I个透镜元件，但是，实际可以是多个透镜元件的集合。在实施方式I中，照明光学系统4构成为光强度均匀化元件41的出射面41b和DMD 元件2的图像形成区域2a在光学上成为共轭关系。并且，在照明光学系统4中，将与投影光学系统3的入射侧的开口部31成为共轭关系的位置称为照明光学系统4的光圈位置45。
照明光学系统4的光圈位置45是从光强度均匀化元件41射出的光束的主光线大致会聚的位置。并且，光圈位置45成为与投影光学系统3的入射侧的开口部31共轭或大致共轭，并且与光强度均匀化元件41的入射面41 a共轭或大致共轭的关系。因此，在照明光学系统4的光圈位置45和光强度均匀化元件41的入射面41a的位置，例如光束的一部分被截止(例如光束的一部分由遮光部遮挡)，投影式显示装置中显示的图像的亮度低下，但是，很难产生缺失图像的一部分进行显示(例如在显示画面的角部附近或边附近产生较黑(或较暗)的区域)的不良情况。
DMD元件2具有在平面上排列多个(例如数十万个)与各像素对应的可动式微镜的结构。DMD元件2根据像素信息(输入图像信息)逐个改变多个微镜的倾角(仰角)，根据图像对光束进行调制。调制后的光束被投影到屏幕5的图像显示面上，在屏幕上显示图像。换言之，DMD元件2是通过根据像素信息反射照明光，射出用于形成光学像的调制光的反射式光阀。
DMD元件2使多个微镜中的根据图像信息而选择出的微镜相对于基准面在一定方向上倾斜角度α (例如12度)。入射到倾斜角度α的微镜的光束朝向投影光学系统3反射。入射到倾斜角度α的投影光学系统3的光束被投影到屏幕5的图像显示面上，形成图像。另外，微镜的基准面是未驱动微镜的状态下的排列微镜的反射面。即，微镜的基准面是朝向与形成微镜的基板的表面相同方向的面。入射到相对于DMD元件2中的基准面不倾斜的微镜的光束朝向不对屏幕5上显示的图像造成影响的方向，例如光吸收板(未图示)反射。 入射到光吸收板的光束不用于形成屏幕5的图像显示面上的图像。另外，微镜相对于基准面不倾斜的情况是指未驱动微镜的情况。
如DMD元件2那样，使用图3的(a)和(b)对周期性构造物中的衍射光进行说明。 图3的(a)示出DMD元件2的图像形成区域2a的一部分中包含的多个微镜。图3的(b)示出从侧面观察DMD元件2的情况下的光线的反射状况。另外，入射到DMD元件2的光线20a 由实线箭头示出，衍射光由虚线箭头示出。
接着，对光线20 a入射到DMD元件2的I个微镜2b的情况下的光线的动作进行说明。当光线20 a在微镜2b的反射面2c进行反射时，射出正反射光20b，并且产生衍射光。 将正反射光20b称为O次光,将衍射光21 a称为I次光,将衍射光22 a称为2次光,将衍射光23 a称为3次光。同样，当光线20 a在反射面2c进行反射时,还产生4次光、5次光这样的高次光(未图不)。并且，将衍射光21b称为-I次光,将衍射光22b称为-2次光,将衍射光23b称为-3次光。同样，当光线20 a在反射面2c进行反射时,还产生_4次光、_5 次光这样的高次光(未图示)。此时，公知越是高次，衍射光的强度越小。
如式(I)所示，衍射光21a、21b、22a、22b、23a、23b反射的角度间距β由DMD元件 2的像素间距d、光线20 a的入射角度α、衍射次数m和波长λ决定。另外，将角度间距 β称为衍射角度间距。
d (sin α 土 sin β ) =m λ …(I)
例如，图4示出设入射角度α固定时，按照光线的波长计算DMD元件2的像素间距 d为13.7μπι的情况下和像素间距d为7.6μπι的情况下的衍射角度间距β的结果。光线的波长λ为470nm、530nm和630nm。在像素间距d为13. 7 μ m的情况下，在波长λ为630nm (相当于红色)时，衍射角度间距β为2. 64°，在波长λ为530nm (相当于绿色)时，衍射角度间距β为2. 22°，在波长λ为470nm(相当于蓝色)时，衍射角度间距β为I. 97°。并且，在像素间距d为7. 6μπι的情况下，在波长λ为630nm (相当于红色)时，衍射角度间距 β为4. 75°，在波长λ为530nm (相当于绿色)时，衍射角度间距β为4. 00°，在波长λ 为470nm (相当于蓝色)时，衍射角度间距β为3. 55°。可知当像素间距d从13. 7 μ m减小到7. 6 μ m时,衍射角度间距β增大。
另一方面，以光学系统的高对比度化、小型化以及低成本化为目的，多数情况下照明光学系统4采用非远心光学系统。在该非远心光学系统的情况下，一般地，入射光线入射到DMD元件2的入射角度由于DMD元件2的图像形成区域内的位置而不同。
在图5中，对入射到DMD元件2下部的光线51的入射角51 a和入射到DMD元件2 上部的光线52的入射角52 a进行比较。可知光线51的入射角51 a大于光线52的入射角52 a。由此可知，特别是在非远心光学系统的情况下，根据DMD元件2的图像形成区域内的位置，入射光线的入射角度α产生差异。另外，光线51、52由虚线箭头示出。
当入射到DMD元件2的光线的入射角度α不同时，图3所示的正反射光20b也不同。图6是示出入射角度α变化时的衍射角度间距β的变化的图。图6中的纵轴是衍射角度间距β，横轴是入射角度α。设像素间距d为7·6μπι，波长为530nm，根据式(I)计算衍射角度间距β。如图6所示，当入射角度α增大时，衍射角度间距β也增大。S卩，当DMD 元件2的图像形成区域中的入射角度α存在差异时，衍射角度间距β也产生差异。
图7是示出光束入射到投影光学系统3的入射侧的开口部31的概念图。另外，光线20a由实线箭头示出，衍射光由虚线箭头示出。根据投影光学系统3的FNO值规定投影光学系统3的入射侧的开口部31的大小。即，在投影光学系统3的FNO较大的情况下，入射侧的开口部31的大小减小。即，投影光学系统3成为小口径。相反，在投影光学系统3 的FNO较小的情况下，入射侧的开口部31增大。即，投影光学系统3成为大口径。
如图7所示，±1次的衍射光21 a、21b入射到投影光学系统3的入射侧的开口部 31。但是，根据图7可知，2次以上的高次衍射光无法入射到投影光学系统3的入射侧的开口部31。并且，可知在投影光学系统3的入射侧的开口部31为固定大小的情况下，当入射光20 a的入射角α变化时，入射的衍射光的光量也变化。这是因为，入射到入射侧的开口部31的衍射光的次数在正侧和负侧变化。
另一方面，当入射侧的开口部31的大小变化时，在入射角度α相同的情况下，入射到投影光学系统3的入射侧的开口部31的衍射光的光量变化。“入射侧的开口部31的大小变化”是指投影光学系统3的FNO变化。根据图7可知，当为了实现高对比度化而增大投影光学系统3的FNO时，入射的衍射光的光量减少。这是因为，当减小入射侧的开口部31 的大小时，高次衍射光无法入射到入射侧的开口部31。
由于这些原因，多数情况下，从DMD元件2的图像形成区域2a入射到投影光学系统3的入射侧的开口部31的光束的光量不均匀。例如，可举出由于光学系统的像差或结构的影响而使DMD元件2的图像形成区域2a中的光束的入射角度产生差异的情况、增大投影光学系统3的FNO的情况、以及使DMD元件2窄间距化的情况等。当从DMD元件2的图像形成区域2a入射到投影光学系统3的入射侧的开口部31的光束的光量不均匀时，产生屏幕5的图像显示面上的照度不均或颜色不均，导致屏幕5的图像显示面上显示的图像劣化。
因此，对改善屏幕5的图像显示面上的照度不均或颜色不均的方法进行说明。对屏幕5的图像显示面进行分割，通过测定或仿真等确认各分割区域的照度分布。在图8所示的例子中，将屏幕5的图像显示面分割为9个区域。另外，也可以不将屏幕5的图像显示面分割为9个区域，而将DMD元件2的图像形成区域2a分割为9个区域。进而，只要多个分割区域是以纵M列(M为2以上的整数)、横N行(N为2以上的整数)的方式排列的多个区域，则也可以是3行3列以外的区域。
图9是示出开口规定部件6的开口部6a的形状的示意图。一般的开口规定部件如图9所示的开口规定部件6那样，通过圆形状的开口部6a规定照明光束直径，对照明光束量进行控制。
图10示出对屏幕5的图像显示面进行9分割后的照度分布的结果的一例。图10 以屏幕5的图像显示面的中央(图8中的分割区域105)为基准示出各分割区域的相对明亮度。纵轴为相对明亮度，横轴为屏幕5上的图像显示面的分割区域。相对明亮度可考虑照度、亮度或表示设计上的明亮度的值等，但是，在实施方式I中示出照度。另外，这里，为了对照度不均进行说明而示出与明亮度有关的特性，但是，在与颜色不均有关的情况下，也能够在与色度中的等色有关的特性中应用同样的想法。
图10利用相对值示出以作为屏幕5的图像显示面中央的分割区域105为基准时的屏幕5的图像显示面上的明亮度。在图8的分割区域101中，明亮度的相对值为O. 7，在分割区域102中，明亮度的相对值为O. 75，在分割区域103中，明亮度的相对值为O. 8。这样，根据图10可知，屏幕5的图像显示面上的明亮度非常不均匀。
对消除图10所示的屏幕5的图像显示面上的照度不均的方法进行说明。如图2所示，DMD元件2和光强度均匀化元件41的出射面41b在光学上成为共轭关系。因此，假设在光强度均匀化元件41的出射面41b的附近设置对照度不均进行校正的构造时，产生在 DMD元件2上的图像形成区域2a中缺失光束而显示阴影(较暗的部分)的不良情况。
另一方面，投影光学系统3的入射侧的开口部31和照明光学系统4的光圈位置45 与屏幕5在光学上并非共轭关系。照明光学系统4的光圈位置45位于与入射侧的开口部 31在光学上共轭的位置。因此，即使在这些位置设置对照度不均进行校正的构造，也不会产生在屏幕5的图像显示面上缺失光束而显示阴影(较暗部分)的不良情况，能够对光量进行调节。
例如，为了消除图10所示的屏幕5的图像显示面上的照度不均，将开口规定部件 6配置在照明光学系统4的光圈位置45附近。对该开口规定部件6的形状进行研究。
图11示出对图9的开口规定部件6进行改善后的开口规定部件61。在图11中， 示出用于消除屏幕5的图像显示面上的照度不均的开口规定部件61。图11是示出开口规定部件61的开口部61a的形状的示意图。开口规定部件61的开口部61a不是图9所示的开口部6a那样的圆形状，而是对屏幕5的图像显示面上的照度不均或颜色不均进行校正的形状。S卩，在图11中的右侧设有矩形状的开口区域(切口部)61b。
针对图10所示的相对明亮度特别低(光量少)的分割区域101、102、103的光量的影响较大的开口部61 a的区域成为图11所示的矩形状的开口区域61b的部分。由于针对分割区域101、102、103的光量较少，因此，关于开口规定部件61的形状，新设置与分割区域101、102、103对应的例如矩形状的开口区域61b。即，开口规定部件61的开口部61a在圆形状的开口部中追加矩形状的开口区域61b，能够取入更多光量。
图11示出采用开口规定部件61的情况下的屏幕5的图像显示面上的照度分布。 在图11中，纵轴是相对明亮度，横轴是屏幕5上的图像显示面的分割区域。菱形的点表示使用开口规定部件6的情况下的值，三角形的点表示使用开口规定部件61的情况下的值。 相对明亮度的测定方法与图8相同。在图12中可知，与配置具有圆形状的开口部的开口规定部件6的情况相比，在开口规定部件61的情况下，屏幕5的图像显示面的分割区域101、102、103的光量增加，图像显示面上的照度分布得到改善。
在实施方式I的投影式显示装置中，为了对屏幕5的图像显示面上的亮度不均或颜色不均进行校正，在与投影光学系统的入射侧的开口部31共轭的共轭位置附近的光传播路径上配置规定开口的开口规定部件6、61。该开口规定部件6、61形成为对屏幕5的图像显示面上的照度分布进行校正的形状。当在该位置配置开口规定部件6、61时，能够减小开口规定部件6、61。并且，能够抑制光的利用效率劣化，对屏幕5的图像显示面上的照度分布进行校正。
另外，设为与投影光学系统的入射侧的开口部31共轭的共轭位置附近的理由是， 有时由于透镜框等构造物的关系而无法在共轭位置上配置开口规定部件6、61。因此，在设计上，有时在抑制弊端的范围内在离开共轭位置的位置配置开口规定部件6、61。当利用图 I的例子进行说明时，根据光学系统的设计，共轭位置非常接近照明光学系统4的中继透镜组42的出射面，有时由于与中继透镜组42的透镜框之间的关系而无法配置在共轭位置上。 根据光学系统的设计，共轭位置有时成为反射镜组43的出射端侧，但是，该情况下，还要考虑由于与反射镜组43的保持部件之间的干涉而移动开口规定部件6、61的配置位置。
因此，根据实施方式I的投影式显示装置，得到如下效果能够利用低成本的简易结构，构成光的利用效率优良，能够显示抑制了屏幕5的图像显示面上的照度不均或颜色不均的良好图像的光学系统。进而，根据实施方式I的投影式显示装置，还得到容易使光学系统小型化的效果。另外，照度分布是表示在任意平面中针对二维表现的位置的照度高低的分布。
如以上说明的那样，根据实施方式I的投影式显示装置，通过将对投影光量进行调整的开口规定部件6配置在照明光学系统4的光圈位置45附近，不会产生在DMD元件2 上的图像形成区域2a中缺失光束而显示阴影(较暗部分)的不良情况。
并且，根据实施方式I的投影式显示装置，使开口规定部件6、61成为对屏幕5的图像显示面上的照度不均或颜色不均进行校正的不同形状，因此，能够良好地校正屏幕5 的图像显示面上的照度不均或颜色不均。能够使用这种小型且廉价的开口规定部件5，良好地校正屏幕5的图像显示面上的照度不均或颜色不均。
实施方式2
在实施方式2中，对进一步改善通过采用实施方式I中的开口规定部件61(图11) 而得到的照度分布(图12)的开口规定部件63进行说明。与其他分割区域相比，图8所示的分割区域107的光量较少。对用于改善分割区域107的开口部62a进行研究。
图13是示出开口规定部件62的开口部62a的形状的正面图。在图13中，除了开口规定部件61的开口区域61b以外，开口规定部件62的开口部62a具有矩形状的开口区域62c。开口区域62c对应于屏幕5的图像显示面的分割区域107。
图14示出采用开口规定部件62的情况下的屏幕5的图像显示面中的照度分布。 纵轴为相对明亮度，横轴为屏幕5上的图像显示面的分割区域。菱形的点示出使用开口规定部件6的情况下的值，三角形的点示出使用开口规定部件62的情况下的值。如图14所示可知，与采用开口规定部件61的情况相比，屏幕5的图像显示面的分割区域107的光量增加，屏幕5的图像显示面上的照度分布得到改善。
在实施方式2的投影式显示装置中，为了对屏幕5的图像显示面上的亮度不均或颜色不均进行校正，配置规定开口的开口规定部件62。该开口规定部件62形成为对屏幕5 的图像显示面上的照度分布进行校正的形状。例如，通过在与从正面观察屏幕5的情况下的相对较暗的区域对应的开口规定部件62中配置切口部62b，能够减小开口规定部件62、 63。并且，能够抑制光的利用效率劣化，对屏幕5的图像显示面上的照度分布进行校正。
实施方式3
在实施方式3中，对进一步改善通过采用实施方式2中的开口规定部件62(图13) 而得到的照度分布(图14)的开口规定部件63进行说明。在实施方式2中，如图14所示， 与其他分割区域中的相对明亮度相比，分割区域108的相对明亮度较亮。在实施方式3中， 开口规定部件63具有能够降低分割区域108的相对明亮度的形状。图15是示意地示出实施方式3中的开口规定部件63的开口部63a的形状的正面图。图15所示的开口规定部件 63的开口部63a采用如下形状设置对与屏幕5的图像显示面的分割区域107对应的开口规定部件63的区域63d进行遮光的突出部。
图16示出采用开口规定部件63的情况下的屏幕5的图像显示面中的照度分布。 纵轴为相对明亮度，横轴为屏幕5上的图像显示面的分割区域。在图16中，菱形的点示出使用开口规定部件6的情况下的值，三角形的点示出使用开口规定部件63的情况下的值。 如图16所示可知，屏幕5的图像显示面的分割区域108的光量减少，图像显示面上的照度分布进一步得到改善。
在实施方式3的投影式显示装置中，为了对屏幕5的图像显示面上的亮度不均或颜色不均进行校正，在与投影光学系统的入射侧的开口部31共轭的共轭位置附近的光传播路径上配置规定开口的开口规定部件63。该开口规定部件63形成为对屏幕5的图像显示面上的照度分布进行校正的形状。当在该位置配置开口规定部件63时，能够减小开口规定部件63。并且，能够抑制光的利用效率劣化，对屏幕5的图像显示面上的照度分布进行校正。
变形例
在上述实施方式I 3中，说明了使用DMD元件作为光阀的情况，但是，也可以使用透射式或反射式液晶显示元件这样的其他光阀。
在上述实施方式I 3中，说明了开口规定部件5的切口部和突出部为矩形状的情况，但是，只要是适应于照明光学系统的构造、配置、特性且提高照度均匀性的形状即可， 也可以是矩形状以外的形状，例如包含曲线的形状。
在上述实施方式I 3中，说明了除了圆形的开口部以外还具有切口部或突出部的形状，但是，只要是适应于照明光学系统的构造、配置、特性且提高照度均匀性的形状即可，也可以除了椭圆形的开口部等圆形以外的开口部以外，还具有切口部或突出部。
在上述实施方式I 3中，有时使用“平行”或“垂直”等表示部件间的位置关系或部件形状的用语，有时使用大致正方形、大致90度和大致平行等附加有“大致”或“大概” 等用语的表现。它们表示包含考虑到制造上的公差或组装上的偏差等的范围。因此，在权利要求书中，即使在存在未记载“大致”的表现的情况下，该表现也包含考虑到制造上的公差或组装上的偏差等的范围。并且，在权利要求述中记载有“大致”的情况表示包含考虑到制造上的公差或组装上的偏差等的范围。
标号说明
I :光源灯(光源)；lla :发光体；llb :椭圆面镜；2 DMD兀件(光阀)；2a :被照明面 (图像形成区域)；2b :微镜；2c :反射面；20a :光线；20b :正反射光；21a、21b、22a、22b、23a、 23b :衍射光；3 :投影光学系统；31 :入射侧的开口部；4 :照明光学系统；41 :光强度均勻化元件；41a :入射面；41b :出射面；42 :中继透镜组(第2光学系统)；42a、42b :透镜；43 :反射镜组(第3光学系统);43a :第I反射镜；43b 第2反射镜；45 :照明光学系统的光圈位置；5 屏幕;51、52 :光线；51a、52a :入射角;101、102、103、104、105、106、107、108、109 :区域(分割区域);6、61、62、63 :开口规定部件；6a、61a、62a、63a :开口部;61b、62b、62c、63b、63c :开口区域(切口部、开口扩张部);63d :遮光区域(突出部、开口缩小部)；d :像素间距；α :入射角度；β :衍射角度间距；m:衍射次数；λ :波长。
权利要求
1.一种投影式显示装置，其特征在于，该投影式显示装置具有 光源，其射出光束； 光阀，其具有根据输入图像信息形成图像的图像形成区域； 照明光学系统，其对所述图像形成区域照射所述光束；以及 投影光学系统，其将由所述图像形成区域中形成的所述图像调制后的所述光束投影到屏幕的图像显示面上， 所述照明光学系统包含 光强度均匀化元件，其对从所述光源射出的所述光束的强度分布进行均匀化； 第I光学系统，其将由所述光强度均匀化元件进行均匀化后的所述光束引导到所述图像形成区域；以及 开口规定部件，其设置在所述第I光学系统内的所述光束的传播路径上，具有遮挡所述光束的遮光部和使所述光束通过的开口部， 所述开口规定部件配置在与所述屏幕在光学上并非共轭关系的位置，并且，具有开口扩张部和开口缩小部中的至少一方，使用对所述图像形成区域或所述屏幕的图像显示面进行分割而得到的多个分割区域中的相对照度的实测值或计算值，该开口扩张部设置在与所述多个分割区域内的所述相对照度较低的分割区域对应的位置，是缩窄所述遮光部并扩大所述开口部的切口区域，该开口缩小部设置在与所述多个分割区域内的所述相对照度较高的分割区域对应的位置，是扩大所述遮光部并缩窄所述开口部的突出部。
2.根据权利要求I所述的投影式显示装置，其特征在于， 所述开口规定部件配置在与所述投影光学系统的光束入射侧的投影光学系统开口部共轭的位置或所述共轭的位置附近。
3.根据权利要求I或2所述的投影式显示装置，其特征在于， 由所述开口扩张部扩张之前和由所述开口缩小部缩小之前的所述开口部的形状是圆形。
4.根据权利要求I 3中的任意一项所述的投影式显示装置，其特征在于， 所述开口扩张部是将所述遮光部的内周朝向外侧切去的区域， 所述开口缩小部是使所述遮光部的内周朝向内侧突出的区域。
5.根据权利要求I 4中的任意一项所述的投影式显示装置，其特征在于， 所述多个分割区域是排列成纵M列横N行的多个区域，其中，M、N是2以上的整数。
6.根据权利要求I 5中的任意一项所述的投影式显示装置，其特征在于， 所述第I光学系统包含 第2光学系统，其对所述光束的直径进行变更；以及 第3光学系统，其对所述光束的行进方向进行变更， 所述开口规定部件配置在所述第2光学系统与所述第3光学系统之间、所述第2光学系统的内部以及所述第3光学系统的内部中的任意一个位置。
7.根据权利要求I 6中的任意一项所述的投影式显示装置，其特征在于， 所述光阀具有根据所述输入图像信息对各自的反射面的倾角进行切换的多个可动微镜。
8.根据权利要求I 6中的任意一项所述的投影式显示装置，其特征在于，所述光阀是根据所述输入图像信息对所述光束进行调制的液晶光阀 。
全文摘要
能够良好地对屏幕(5)的图像显示面上产生的照度不均或颜色不均进行校正的投影式显示装置具有光源(1)、光阀(2)、照明光学系统(4)以及投影光学系统(3)，照明光学系统(4)包含光强度均匀化元件(41)、将光束引导到光阀(2)的图像形成区域(2a)的第1光学系统(42、43)以及开口规定部件(6)，开口规定部件(6)配置在与屏幕(5)在光学上并非共轭关系的位置，并且，具有开口扩张部和开口缩小部中的至少一方，使用图像形成区域(2a)或屏幕(5)的多个分割区域中的相对照度的实测值或计算值，该开口扩张部设置在与相对照度较低的分割区域对应的位置，是缩窄遮光部并扩大开口部的切口区域，该开口缩小部设置在与相对照度较高的分割区域对应的位置，是扩大遮光部并缩窄所述开口部的突出部。
文档编号G03B21/14GK102985874SQ20118003418
公开日2013年3月20日 申请日期2011年8月18日 优先权日2010年8月23日
发明者小岛邦子, 竹内勇人, 山田旭洋 申请人:三菱电机株式会社